Fuerza: soluciones. 1.- Un móvil cuya masa es de 600 kg acelera a razón de 1,2 m/s 2. Qué fuerza lo impulsó?

Transcripción

1 Fuerz: soluciones 1.- Un óvil cuy s es de 600 kg celer rzón de 1,2 /s 2. Qué uerz lo ipulsó? = 600 kg = 1,2 /s 2 F = >>>>> F = 600 kg 1,2 /s 2 = Qué s debe tener un cuerpo pr que un uerz de 588 lo celere rzón de 9,8 /2? F = 588 = 9,8 /s 2 F = >>>>> = F/ = 588 / 9,8 /s 2 = 60 kg 3.- Sobre un cuerpo de 250 kg ctún dos uerzs, en sentidos opuestos, hci l derech un de y hci l izquierd un de Cuál es l celerción del cuerpo? = 250 kg F der = F izq = F izq F der De l igur se observ que ls uerzs hy que restrls: ΣF = = F der - F izq F der F izq = >>>>> = (F der F izq ) / = ( ) / 250 kg = 3,52 /s Pr el proble nterior: Supong que ls uerzs ctún durnte un inuto. Qué distnci recorrerá en ese tiepo?, Qué velocidd lcnzrá l térino del inuto? = 3,52 /s 2 t = 1 in = 60 s Suponiendo que el objeto prte del reposo: v i = 0 /s d = vit + t 2 /2 >>>>> d = 0 /s 60 s + 3,52 /s 2 (60 s) 2 / 2 = v = v i + t >>>>> v = 0 /s + 3,52 /s 2 60 s = 211,2 /s 5.- Un óvil de 100 kg recorre 1 k en un tiepo de 10 s prtiendo del reposo. Si lo hizo con celerción constnte, qué uerz lo ipulsó? = 100 kg d = 1 k = t = 10 s v i = 0 /s F =, pero se desconoce l celerción, por lo tnto: d = v i t + t 2 /2 >>>>> = 2(d v i t)/t 2 = 2 ( /s 10 s) / (10 s) 2 = 20 /s 2 Ahor, F = >>>>> F = 100 kg 20 /s 2 = Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 1

2 6.- Un ontcrgs de kg de s desciende con un celerción de 1 /s 2. Hllr l tensión en el cble. ot: en este proble, el dibujo o digr de uerzs, es prácticente indispensble. = kg = 1 /s 2 g = 9,8 /s 2 Cundo hy ás de un uerz ctundo sobre un cuerpo hy que hllr l uerz resultnte, por lo tnto, se tendrá: ΣF = = = Se h puesto en prier térino debido que el oviiento es en l dirección de. Entonces: = = (g ) = kg (9,8 /s 2 1 /s 2 ) = Un cuerpo de 2 kg pende del extreo de un cble. Clculr l tensión del iso, si l celerción es ) 5 /s 2 hci rrib, b) 5 /s 2 hci bjo. = 2 kg ) = 5 /s 2 scendiendo b) = 5 /s 2 descendiendo ) ΣF = = - = + = ( + g) = 2 kg (5 /s 2 + 9,8 /s 2 ) = 29,6 b) ΣF = = - = = (g ) = 2 kg (9,8 /s 2 5 /s 2 ) = 9,6 8.- Clculr l áxi celerción con l que un hobre de 90 kg puede deslizr hci bjo por un cuerd que solo puede soportr un crg de 735. Coo l cuerd sostiene lo áxio un peso equivlente 735, se supondrá que l estr el hobre en l cuerd, l tensión será áxi. = 90 kg = 735 ΣF = = >>>>> = ( ) / = (90 kg 9,8 /s ) / 90 kg = 1,633 /s 2 ) b) Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 2

3 9.- De un cuerd que ps por un pole penden dos ss, un de 7 kg y otr de 9 kg. Suponiendo que no hy roziento, clculr l celerción y l tensión en l cuerd. A este siste se le denoin áquin de Atwood. 1 = 7 kg 2 = 9 kg Al ser de yor s 2, l s 2 cerá con un celerción y l s 1 scenderá con l is celerción, suponiendo que l cuerd que une bs ss es inextensible. En l s 1, se tiene: 1 g = 1 En l s 2, se tiene: 2 g = g 2 g Si se sun ls dos ecuciones nteriores, se tendrá: 2 g 1 g = >>>>> ( 2 1)g = ( ) Entonces: = ( 2 1 )g / ( ) = (9 kg 7 kg) 9,8 /s 2 / (7 kg + 9 kg) = 1,225 /s 2 Y, l tensión se obtiene reeplzndo l celerción en culquier de ls dos ecuciones iniciles. Si se consider l prier: = g = ( + g) = 7 kg (1,225 /s 2 + 9,8 /s 2 ) = 77, Un bloque de 50 kg está en reposo sobre un suelo horizontl. L uerz horizontl íni necesri pr que inicie el oviiento es de 147 y l uerz horizontl íni necesri pr ntenerlo en oviiento con un velocidd constnte es de 98. ) Clculr el coeiciente de roce cinético, b) cuál será l uerz de roce cundo se plique l bloque un uerz horizontl de 49? = 50 kg F íni = 147 (pr inicir el oviiento) F íni = 98 (pr ntener el oviiento) ) Pr que el coeiciente de roce cinético, el objeto debe estr en oviiento, por lo tnto, considereos l uerz íni pr ntener el oviiento. F = con igul l uerz de roce cinétic, que es igul = µ k Por lo tnto, F = µ k, y coo el objeto no tiene oviiento verticl, se tiene que =. Entonces, F = µ k >>>>> µ k = F / = 98 / (50 kg 9,8 /s 2 ) = 0,2 Observción: no conundir el concepto de uerz norl que se escribe con l letr con l unidd de uerz, que es el newton, y tbién se escribe con l letr. b) Si se plic un uerz horizontl de 49, el bloque no se overá y que l uerz íni pr epezr overlo es 147. Y, en este cso, l uerz de roce estátic que ectrá l bloque será 49. Hy que considerr que l uerz de roce estátic que ect un objeto es equivlente l uerz que intent overlo ientrs no se lcnce l uerz íni necesri pr logrr overlo. F Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 3

4 11.- Sobre un bloque de 50 kg situdo sobre un supericie horizontl se plic un uerz de 196 durnte 3 s. Sbiendo que el coeiciente de roce entre el bloque y el suelo es de 0,25, hllr l velocidd que dquiere el bloque l cbo de 3 s. = 50 kg F = 196 t = 3 s µ = 0,25 v =? F v Coo no hy oviiento verticl: = Suponiendo que el bloque prte del reposo, entonces hy un celerción que le perite lcnzr l velocidd, v = v i + t, que se dese deterinr, entonces: ΣF = >>>>> F = F µ = F µ = >>>>> = (F µ) / = (196 0,25 50 kg 9,8 /s 2 ) / 50 kg = 1,47 /s 2 Y, coo v = v i + t, se tiene: v = 0 /s + 1,47 /s 2 3 s = 4,41 /s 12.- En l supericie de un es hy un bloque de 25 kg, está sujeto trvés de un cble, que ps por un pole, con otro cuerpo de 20 kg, que cuelg verticlente. Clculr l uerz constnte que es necesrio plicr l bloque de 25 kg pr que el bloque de 20 kg sciend con un celerción de 1 /s 2, sbiendo que el coeiciente de roce entre l es y el bloque es 0,2. 1 = 25 kg F 25 kg 2 = 20 kg = 1 /s 2 µ = 0,2 Priero se verá lo que ocurre en el cuerpo 1. = 1 g F = 1 >>>>> F µ = 1 (1) F µ 1 g = 1 En el segundo cuerpo, se tiene: (2) 2 g = 2 Y, si hor se su (1) con (2), se tendrá: F µ 1 g 2 g = >>>>> F = ( ) + (µ )g F = (25 kg + 20 kg) 1 /s 2 + (0,25 25 kg + 20 kg) 9,8 /s 2 = 302,25 1 g 20 kg 2 g Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 4

5 13.- Un cuerpo de 100 kg pende del extreo de un cuerd. Clculr su celerción cundo l tensión en l cuerd es ) 125, b) 1.200, c) 980. = 100 kg ) = 125 b) = 184 c) = 980 Pr todos los csos se utilizrá l ecución = >>>>> = ( - ) /. Esto signic que se supone que el cuerpo sciende. ) = ( kg 9,8 /s 2 ) / 100 kg = - 8,55 /s 2 Coo l celerción resultó negtiv, entonces el cuerpo no sciende, sino que desciende con l celerción de 8,55 /s 2. b) = ( kg 9,8 /s 2 ) / 100 kg = 2,2 /s 2 Coo l celercion es positiv, lo que supuso es correcto, es decir, el cuerpo sciende con un celerción de 2,2 /s 2. c) = ( kg 9,8 /s 2 ) / 100 kg = 0 /s 2 Coo l celerción es 0 /s 2, el cuerpo sciende o desciende con velocidd constnte, y tbién puede estr en reposo. Hy que recordr que el concepto de celerción se reiere l cbio de l velocidd El scensor de un in, que pes 7.840, rrnc hci rrib con un celerción de 6 /s 2. Clculr l tensión en el cble en el oento del rrnque. W = = = 6 /s 2 Coo = 7840, entonces = 7840 / g = 7840 / 9,8 /s 2 = 800 kg = >>>>> = + = 800 kg 6 /s = Un cuerpo de kg que pende del extreo de un cble, desciende con un velocidd de 4 /s cundo epiez detenerse. Sbiendo que el espcio que recorre hst detenerse es de 3, clculr l tensión en el cble suponiendo que l descelerción es constnte. = kg v i = 4 /s v = 0 /s d = 3 = >>>>> = = (g ) v 2 = v i 2 + 2d >>>>> = (v 2 - v i 2 ) / 2d = [(0 /s) 2 (4 /s) 2 ] / (2 3 ) = - 2,67 /s 2 Entonces: = kg [9,8 /s 2 (-2,67 /s 2 )] = Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 5

6 16.- L s de un scensor es de kg. Clculr l tensión en los cbles cundo ) sciende con un celerción de 1 /s 2, b) desciende con un celerción de 1 /s 2. = kg ) = 1 /s 2 scendiendo. = >>>>> = + = ( + g) = kg (1 /s 2 + 9,8 /s 2 ) = b) = 1 /s 2 descendiendo. = >>>>> = = (g ) = kg (9,8 /s 2 1 /s 2 ) = Un hobre de 80 kg está dentro de un scensor que desciende con un celerción uniore de 1 /s 2. Clculr l uerz que el hobre ejerce sobre dicho scensor. Íde cundo sciende con l is celerción nterior. = 80 kg = 1 /s 2 descendiendo. L uerz que l person ejerce sobre el piso del scensor es equivlente l tensión que debe soportr l cuerd que sostiene el scensor. = >>>>> = = (g ) = 80 kg (9,8 /s 2 1 /s 2 ) = 704 Y, si sciende, se tiene: = >>>>> = + = ( + g) = 80 kg (1 /s 2 + 9,8 /s 2 ) = De los extreos de un cuerd que ps por un pole sin roziento, penden dos crgs de 2 y 6 kg de s. Clculr l celerción y l tensión en l cuerd. Este ejercicio se reliz igul que el núero 9. Resultdos: = 4,9 /s 2 = 29, Un scensor rrnc hci rrib con un celerción constnte de or que los 0,8 s h scendido 1. Dentro de él v un hobre que llev un pquete de 3 kg colgndo de un hilo. Clculr l tensión en el hilo. t = 0,8 s d = 1 v i = 0 /s = 3 kg Coo el scensor celer hci rrib, todo lo que v en su interior celer de igul or. d = v i t + t 2 /2 >>>>> = 2(d v i t)/t 2 = 2 (1 0 /s 0,8 s) / (0,8 s) 2 = 3,125 /s 2 Luego, lo que ocurre con el pquete que sostiene l person, serí: = >>>> = + = ( + g) = 3 kg (3,125 /s 2 + 9,8 /s 2 ) = 38,775 Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 6

7 20.- Un prcidist de 70 kg se lnz libreente l espcio desde el reposo y los 5 segundos del instnte de lnziento bre su prcíds. Este trd en brirse por copleto 0,8 s y l velocidd ps 12 /s cundo está totlente bierto. Clculr l uerz edi ejercid sobre ls cuerds del prcíds, suponiendo que éste crece de peso. = 70 kg v i = 0 /s t = 5 s (de cíd) t = 0,8 s (de pertur del prcíds) v = 12 /s (luego de brir el prcíds) Si se dese deterinr l uerz edi ejercid por ls cuerds del prcíds, considerese que en ese tro, ientrs se bre el prcíds, hy un descelerción que serí: = (v v i )/t, donde es velocidd inl, v, corresponde l que lcnz luego de cer libreente durnte 5 s, es decir: v = gt = 9,8 /s 2 5 s = 49 /s. ótese que est será l rpidez inicil l oento de inicir l pertur del prcíds, por lo tnto, l descelerción que experient el prcíds serí: = (12 /s 49 /s) / 0,8 s = - 46,25 /s 2 Es celerción punt hci rrib, por lo tnto, es igul 46,25 /s 2 hci rrib. Y, de l igur, se tiene: = >>>>> = + = ( + g) = 70 kg (46,25 /s 2 + 9,8 /s 2 ) = 3.923, Un bloque de 50 kg está sobre un supericie horizontl y se ueve lo lrgo de ell por l cción de un cuerd prlel l supericie cuyo otro extreo está unido, trvés de un pole sin roziento, un cuerpo de 12 kg que cuelg libreente. Sbiendo que el coeiciente de roce es 0,2, clculr el espcio que recorrerá el prier cuerpo los 10 s de inicirse el oviiento. 1 = 50 kg 2 = 12 kg µ = 0,2 t = 10 s v i = 0 /s d =? En el cuerpo 1 : = 1 g = 1 >>> µ = 1 (1) - µ 1 g = 1 En el cuerpo 2 : (2) 2 g = 2 Si se sun (1) con (2), se tiene: 2 g µ 1 g = >>>>> = g( 2 µ 1 ) / ( ) = 9,8 /s 2 (12 kg 0,2 50 kg) / (50 kg + 12 kg) = 0,316 /s 2 50 kg 1 g 12 kg 2 g Ahor, con d = v i t + t 2 /2, se tiene d = 0 /s 10 s + 0,316 /s 2 (10 s) 2 / 2 = 15,8 Hernán Verdugo Fbini Proesor de Mteátic y Físic 7